Que

llena

ngab

e

1Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

1Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

Radar für Rundumsicht auf Luftfahrzeugen

Wolfgang Keydel

Institut für Hochfrequenztechnik & RadarsystemeDLR-Oberpfaffenhofen

D-82230 Wessling

Kontaktadresse

Mittelfeld 4, 82229 Hechendorf, Tel./Fax: 0 8152-980 523 / 5,

e-mail’s: wolfgang.keydel@dlr.de, wolfgang@keydel.com

Que

llena

ngab

e

2Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

2Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

Fighter

Air to Air Radar

Missile AproachWarning

Communication

Navigation (GPS)

WeatherRadar

Self protect/Escort Jamming

Air to Ground Radar

WeaponData

Side Looking Radar (SAR)

Communication

500 MHz...18 GHz

Que

llena

ngab

e

3Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

3Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

Ziel der Ausführungen

Möglichkeiten und Grenzen aufzeigenBasis

„status quo“ der Radartechnik

operationelle Systeme: AWACS & Hawkeye

Derzeit projektierte, vorgeschlagene & diskutierte Systeme

Eigenschaftenerwartete Schwierigkeiten

Vor- & Nachteile

Que

llena

ngab

e

4Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

4Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

SRELL-Radar

Entwicklung 1955 – 1957Reichweite 220 kmErfassungshöhe 16.000 mAntennenreflektor 7 x 14,5m; 30 tBetriebslebensdauer 50.000 h

Mittelbereichs-Rundsicht- Radaranlage

Que

llena

ngab

e

5Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

5Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

Rundumsicht-Radargleichung

Que

llena

ngab

e

6Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

6Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

Airborne Warning & Control SystemBoeing E-3A auf Basis B 707Radar APY-2 von WestinghouseS-Band (3 GHz)Rotodome: Durchmesser 9 m

6 Drehungen / minErfassung tieffliegender Ziele 370 km Entfernung / 10.000 m Höhe

Phased Array- 24ft x 5ft- 28 Schlitzhohlleiter mitFerrit Phasenschieber &Low-Power-Phasenschieber

-Nebenzipfel < 40dB

Awacs

Que

llena

ngab

e

7Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

7Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

AWACS Radiometrie

Que

llena

ngab

e

8Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

8Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

AWACS Operationsmoden

Änderungen der Pulwiederholrate

Hohe Pulswiederholrate:

Puls-Doppler- Entfernungsmessung während des Suchens

Zieldetektion in Bodenclutter & Elevationswinkel – Messung

Niedrige Pulswiederholrate

Pulskompression :Entfernungsmessung Ziele ohne Clutterprobleme

Extrem hohe Pulskompression: Ziel-Detektion in extremer Clutterumgebung

Que

llena

ngab

e

9Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

9Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

7,32m

24,56m 17,54m

7,99m

Hawkeye Abmessungen

Que

llena

ngab

e

10Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

10Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

• AV-APS / 145 Radar, Lockheed MartinUHF/VHF (0,3 GHZ - 1 GHz)

• Range: > 450 nmi über WasserEinschränkungen über Land3 Mio m3 Überwachungsraum

>600 Ziele gleichzeitig

• Höhe: 10 000 ft - Horizont: 123 nmi

Vergleich: Schiffsmast

Höhe: 100 ft - Horizont: 12 nmi

Hawkeye, E2-C+ Aircraft, US-Navy

Que

llena

ngab

e

11Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

11Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

Rundumsicht mit Zeppelin

Que

llena

ngab

e

12Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

12Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

Allwetter-Flugführung für HubschrauberStatus: ExperimentalsystemFM/CW-RadarFrequenz: 33 GHzBildauflösung: 0,2° Azim; 1,5 m EntfernungReichweite: 1,3 km gegen Hochspannungs-drähte auch unter schwierigen Wetter-bedingungen aber nur bei nahezu senkrechter Sicht

Hubschrauber: HeliRadar- Modell

Que

llena

ngab

e

13Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

13Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

1

0,5 1

0,5

θaz

θaz

Richtdiagramme, schematisch

Que

llena

ngab

e

14Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

14Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

Rundsuch Radar Mechanische Drehung

Que

llena

ngab

e

15Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

15Institut für Hochfrequenztechnk und Radarhttp://www.radartutorial.eu/06.antennas/pic/if3.big.gif

φ1

φ2

φ3

φ4

φ5

φ6

d

d

d

d

d

φ5

φ6

φ3

φ4

φ1

φ2

Nullstelle beiΔφ14= λ/2

Δφ14

Δφ25

Δφ26

δ

Phasengesteuerte Gruppenantenne

Que

llena

ngab

e

16Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

16Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

Diagramm & Schwenkung einer linearen Antennen-GruppeLänge D, n Elemente im Abstand d: D = n d

Dsin 00

λδδ =≈

1.Nullstelle beiΔφ14=λ/2

Δφ14= Δφ25= Δφ36

d

d

d

d

d

5

6

3

4

1

2

Δφ14

Δφ25

Δφ26δ

|E| = |Sinc(60sin )|

90

Nullwertsbreite

| E |dB

-30,00-25,00-20,00-15,00-10,00-5,000,00

1 18 35 52 69 86 103 120 137 154 171

Reihe1

Halbwertsbreite

1.Nebenzipfel -13 dB

)sinD(csinE δλ

π=

Que

llena

ngab

e

17Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

17Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

Sinc-Funktion: F = Sinc(60sinθ)

-30,00-25,00-20,00-15,00-10,00-5,000,00

1 18 35 52 69 86 103 120 137 154 171

Reihe11. Nebenzipfel- 13 dB

F/dB

90°

3 dB

Halbwertsbreite

Nullwertsbreite

Que

llena

ngab

e

18Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

18Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

Antennen-Charakteristika

•Halbwertsbreite:

„Faustformel“:

•Erste Nullstelle bei:

•Dämpfung erster Nebenzipfel: -13,2dB

•Gewinn:

γ ϑλ λ= 2 H = ≈ °0 88 50,D D

ϑλ

0 =D

50 70° ≤ = ≤ °λ

γ ϑλ

D D2 H

G= =4 F 42πλ

πϑ ϑaz el

Que

llena

ngab

e

19Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

19Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

Strahlschwenkung einer linearen Antennen-Gruppe

Que

llena

ngab

e

20Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

20Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

φ

φ

φ

φ

φ

φ

φ

φ

φ

φ

φ

φφ

φ

φ

φ

Rundsuch-Radar: Konformer Phased Array

Que

llena

ngab

e

21Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

21Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

S B c BcR P

R= LNM

OQPτ πsin 2 Δ

•Winkel in Richtung D:

•Geometrisch in Richtung D:

•Entfernung für BtP=1:

•Entfernung für BtP>>1:

ΔD DR=

λ

δλ

D D=

ΔR Pc cB

= =12 2

τ

ΔR Pc=12

τ

Auflösungsvermögen

Que

llena

ngab

e

22Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

22Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

Pulsantwort eines Eck-Reflektors

Que

llena

ngab

e

23Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

23Institut für Hochfrequenztechnk und RadarSAR is an Antenna

r0r-

n

rnFlight Direction

SAR Sensor

Point Target

r0 rnr-n

ReceivedAzimutSignal

Two Way Antenna Pattern

SAR Processor Detection

Coherent Summation Convolution

Point Target Response

SAR Resolution

Phase Correction

Real Antenna

Beamwidth

SAR Scheme

Que

llena

ngab

e

24Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

24Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

ROSAR Prinzip

Schwadγ

Halbwertsbreite

ωrot

ωrot

Basis für HeliRadar-Konzept

Que

llena

ngab

e

25Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

25Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

MPU

MPU

MPU

MPU

RecADC

RecADC

RecADC

RecADC

Transmitter

Central

Processor

Unit

Simultaneous Multiple Beam Forming on ReceiveReceiver & AD Converter at Each Element or Subgroup

Continuous Beam Dwelling on All Objects within the Illuminated Sector

ZoomingSmall Part of Large Image with Low Resolution to a Small Image

With Higher Resolution (Corresponding to the Fraction of Elements ore Sub-Arrays resp.)

Optimum SolutionEquip Each Antenna Element or Subarray with an Own Computer

Digital Beam Forming

Que

llena

ngab

e

26Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

26Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

T/R

ADC

MPU

T/R

ADC

MPU

Array Antenna

T/R

ADC

MPU

T/R

ADC

MPU

Central

Processor

UnitImage Processor

Whole Array

Single Array Module

Strip MapWhole Area

Whole Arrray

Zoom bySquintDBF

DBF T/R-Module

Que

llena

ngab

e

27Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

27Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

Rundumsicht-Array mit Digital Beam Forming

Simultane Generierung mehrerer Keulen

DBF

Electronics

Que

llena

ngab

e

28Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

28Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

SIREV Monostatic

Que

llena

ngab

e

29Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

29Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

SIREV: Empfangseinheit

Que

llena

ngab

e

30Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

30Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

Sidelooking Imaging Radar for Enhanced Vision SIREV

mit zusätzlichen Rundumsicht-Komponenten

SqintSARSector

SqintSARSector

Que

llena

ngab

e

31Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

31Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

Bewegungsfehler Radarsignal Bildqualität

Vorwärts-Geschwindigkeit

Ablage inAntennenblick-

richtung

Abtastfehler in Azimut

Phasenfehler

Auflösung

Laufzeitfehler

Geometrie

Kontrast

Bewegungsfehler-Schema

Que

llena

ngab

e

32Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

32Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

Bewegungs-Fehlerim SAR-Bild

Ohne Kompensation

Mit Kompensation

Que

llena

ngab

e

33Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

33Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

VergleichIdeale – verzerrte Impulsantwort

Que

llena

ngab

e

34Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

34Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

Niederfrequente& HochfrequentePhasenfehler & deren Folgen

Que

llena

ngab

e

35Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

35Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

SIREV: Bewegungs-Einflüsse

Zeitliche Folge von Impulsantworten eines Cornerreflektors. Azimuthwinkel, unter dem der Cornerreflektor erscheint.

Que

llena

ngab

e

36Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

36Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

Systemvergleich (X-Band, 3 m Antenne)

System Auflösung Nebenzipfel Umdrehung Bildfolge

ZentralRotierende

Antenne0,5°......0,7° -13 dB..- 45dB 6 min-1 6 min-1

ROSAR(HeliSAR)

0,6° -7 dB 1,5 sec-1 6 sec-1

SIREV-SAR-Kombination

vorwärts

(0,5°…0,7°)cos s -13dB…-20dB 264sec-1 264 sec-1

SIREV-SAR-Kombination

seitwärts1,5m -13 dB..- 43dB

kontinuier-lich

kontinu-ierlich

Digital Beam

Forming

< 1,5m rundum

Zoom-Modus-13 dB..- 43dB

kontinuier-lich

kontinu-ierlich

Que

llena

ngab

e

37Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

37Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

Annex

Que

llena

ngab

e

38Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

38Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

ROSAR – HeliRadar, Erste Spezifikationen

FM/CW-Radar

6 Umgebungsbilder/Sekunde

Öffnungswinkel:70° x 40° (Azimut ×Elevation),

Azimut-Bildauflösung(Rotorlänge 1,5m): 0,2° (33 GHZ), 0,6° (9,6 GHZ)

Entfernungsauflösung: 1,5 m.

Nebenzipfeldämpfung: 7,9 dB

Que

llena

ngab

e

39Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

39Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

SIREV: Antennen-Hardware witout Radome

Que

llena

ngab

e

40Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

40Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

SIREV: ErgebnisVerschiedene Anzeige-Geometrien

Schrägentfernung Bodenentfernung Optische Koordinaten

Que

llena

ngab

e

41Institut für Hochfrequenztechnk und RadarsystemeQue

llena

ngab

e

41Institut für Hochfrequenztechnk und Radar

Punktzielanalysen von SIREV-Messungen

Target NR &Positionslant range / azim/m

1350 /0

2350/62

31050 / 0

41050 / 185

51750 / 0

61750 / 309

Azim. Resolution/m(theoretical)

3.44 3.49 10.3 10.5 17.2 17.4

Azim. Resolution/m(measured)

3.38 3.44 10.1 10.2 16.75 16.9

Deviation [%] 1.7 1.4 1.9 2.9 2.6 2.9

Range resolution/m(theoretical)

1.67 1.67 1.67 1.67 1.67 1.67

Range resolution/m(measured)

1.69 1.69 1.69 1.69 1.69 1.69

Deviation [%] 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2

Azimuth PSLR/dB (measured)

-13.21 -13.11 -13.28 -13.26 -13.32 -13.31

Range PSLR/dB (measured)

-13.27 -13.23 -13.29 -13.25 -13.34 -13.55